2018-2019學(xué)年高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 4.5 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況課件 新人教版選修3-2.ppt

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1、5 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況,【自主預(yù)習(xí)】 1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的感生電場: (1)感生電場:磁場_____時在空間激發(fā)的一種_____。 (2)感生電動勢:由_________產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。 (3)感生電動勢中的“非靜電力”:_________對自由電 荷的作用力。,變化,電場,感生電場,感生電場,(4)感生電場的方向:與所產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向_____, 可利用_________和_____定則來判斷。,相同,楞次定律,右手,2.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力: (1)動生電動勢:由于_________而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。 (2)動生電動勢中的“非靜電力”:自由電荷因隨導(dǎo)體 棒運動而受到_____

2、____,非靜電力與_________有關(guān)。,導(dǎo)體運動,洛倫茲力,洛倫茲力,【預(yù)習(xí)小測】 1.(多選)下列說法中正確的是() A.感生電場由變化的磁場產(chǎn)生 B.恒定的磁場也能在周圍空間產(chǎn)生感生電場,C.感生電場的方向也可以用楞次定律和右手螺旋定則來判定 D.感生電場的電場線是閉合曲線,其方向一定是沿逆時針方向,【解析】選A、C。磁場變化時在空間激發(fā)感生電場,其方向與所產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相同,可由楞次定律和右手螺旋定則判定,故A、C正確,B、D錯誤。,2.(多選)某空間出現(xiàn)了如圖所示的一組閉合的電場線,這可能是(),A.沿AB方向的磁場迅速減弱 B.沿AB方向的磁場迅速增強 C.沿BA方向的磁場

3、迅速增強 D.沿BA方向的磁場迅速減弱,【解析】選A、C。假設(shè)存在圓形閉合回路,回路中應(yīng)產(chǎn)生與電場同向的感應(yīng)電流,由安培定則可知,感應(yīng)電流的磁場向下,所以根據(jù)楞次定律,引起感應(yīng)電流的應(yīng)是方向向下的磁場迅速減弱或方向向上的磁場迅速增強,故A、C正確。,3.(多選)北半球某地的地磁場磁感應(yīng)強度的豎直分量大小為4.510-5T。一靈敏電壓表連接在當(dāng)?shù)厝牒：佣蔚膬砂?河寬100m,該河段漲潮和落潮時有海水(視為導(dǎo)體)流過。設(shè)落潮時,海水自西向東流,流速為2m/s。下列說法正確的是(),A.電壓表記錄的電壓為5mV B.電壓表記錄的電壓為9mV C.河南岸的電勢較高 D.河北岸的電勢較高,【解析】選B、

4、D。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得:E=BLv =9mV,所以A錯誤,B正確;在北半球地磁場磁感應(yīng)強度的豎直分量為豎直向下,根據(jù)右手定則可判斷河北岸的電勢較高,所以C錯誤,D正確。,4.一根導(dǎo)體棒ab在水平方向的勻強磁場中自由下落,并始終保持水平方向且與磁場方向垂直。如圖所示,則有 (),A.Uab=0 B.ab,Uab保持不變 C.ab,Uab越來越大 D.a

5、互動探究】 如圖所示,一個閉合電路靜止于磁場中,當(dāng)磁場變強時,請思考如下問題:,(1)閉合回路中是否產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢,為什么? 提示:磁場變化時在空間中激發(fā)出一種電場,這種電場對自由電荷產(chǎn)生力的作用,形成電流,或者說產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢。,(2)如果產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢,是哪一種作用扮演了非靜電力的角色? 提示:所謂的非靜電力就是感生電場的作用,閉合導(dǎo)體中的自由電荷在這種電場力作用下做定向運動。,(3)怎樣判斷感生電場的方向? 提示:根據(jù)楞次定律和右手定則判斷感生電場方向。,【探究總結(jié)】 對感生電場的理解 麥克斯韋在他的電磁理論中指出:變化的磁場能在周圍空間激發(fā)電場,這種電場叫感生電場。 (1)感生電

6、場是一種渦旋電場,電場線是閉合的。,(2)感生電場的產(chǎn)生跟空間中是否存在閉合電路無關(guān)。 (3)感生電場的方向根據(jù)閉合電路(或假想的閉合電路)中感應(yīng)電流的方向確定。,【典例示范】 英國物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為,磁場變化時會在空間激發(fā)感生電場。如圖所示,一個半徑為r的絕緣細(xì)圓環(huán)水平放置,環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強磁場B,環(huán)上套一帶電荷量為+q的小球,已知磁感應(yīng)強度B隨時間均勻增加,其變化率為k,若小球在環(huán)上運動一周,則感生電場對小球的作用力所做功的大小是(),A.0B. r2qk C.2r2qkD.r2qk,【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下兩點: (1)變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生感生電場。 (2)感生電場的方

7、向可由楞次定律和右手螺旋定則判斷。,【解析】選D。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,磁場變 化產(chǎn)生的感生電動勢為E= r2=kr2,小球在環(huán)上 運動一周,則感生電場對小球的作用力所做功的大小 W=qE=r2qk,故D正確。,【探究訓(xùn)練】 1.(多選)(2018長治高二檢測)某空間出現(xiàn)了如圖所示的磁場,當(dāng)磁感應(yīng)強度變化時,在垂直于磁場的方向上會產(chǎn)生感生電場,有關(guān)磁感應(yīng)強度的變化與感生電場的方向關(guān)系描述正確的是(),A.當(dāng)磁感應(yīng)強度均勻增大時,感生電場的電場線從上向下看應(yīng)為順時針方向 B.當(dāng)磁感應(yīng)強度均勻增大時,感生電場的電場線從上向下看應(yīng)為逆時針方向,C.當(dāng)磁感應(yīng)強度均勻減小時,感生電場的電場線從上向

8、下看應(yīng)為順時針方向 D.當(dāng)磁感應(yīng)強度均勻減小時,感生電場的電場線從上向下看應(yīng)為逆時針方向,【解析】選A、D。本題可利用穿過線圈的磁通量變化時產(chǎn)生感應(yīng)電流的判斷方法。當(dāng)磁感應(yīng)強度均勻增大時,由楞次定律和安培定則可知從上向下看,感生電場方向為順時針方向,A正確、B錯誤;當(dāng)磁感應(yīng)強度均勻減小時,由楞次定律和安培定則可知從上向下看,感生電場的方向為逆時針方向,C錯誤、D正確。,2.如圖所示是一個水平放置的玻璃圓環(huán)形 小槽,槽內(nèi)光滑,槽寬度和深度處處相同。 現(xiàn)將一直徑略小于槽寬的帶正電小球放在 槽中,讓它獲得一初速度v0,與此同時,有一變化的磁場 垂直穿過玻璃圓環(huán)形小槽外徑所對應(yīng)的圓面積,磁感應(yīng) 強度的

9、大小跟時間成正比例增大,方向豎直向下。設(shè)小 球在運動過程中電荷量不變,則(),A.小球受到的向心力大小不變 B.小球受到的向心力大小不斷增大 C.磁場力對小球做了功 D.小球受到的磁場力大小與時間成正比,【解析】選B。當(dāng)磁感應(yīng)強度隨時間均勻增大時,將產(chǎn)生一恒定的感生電場,由楞次定律知,電場方向和小球初速度方向相同,因小球帶正電,安培力對小球做正功,小球速率逐漸增大,向心力也隨著增大,故A錯,B對;洛倫茲力對運動電荷不做功,故C錯;帶電小球所受洛倫茲力F=qBv,隨著速率的增大而增大,同時Bt,則F和t不成正比,故D錯。,【補償訓(xùn)練】 (多選)閉合回路由電阻R與導(dǎo)線組成,其內(nèi)部磁場大小按圖乙所示

10、B-t圖變化,方向如圖甲所示,則回路中 (),A.電流方向為順時針方向 B.電流越來越大 C.磁通量的變化率恒定不變 D.產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越來越大,【解析】選A、C。由楞次定律可以判斷電流方向為順 時針方向,A項正確;由法拉第電磁感應(yīng)定律E=n 可 得,E=n S,由圖乙可知 是恒量,所以電動勢恒 定,D項錯誤;根據(jù)歐姆定律,電路中電流是不變的,B項 錯誤;由于磁場均勻增加,線圈面積不變,所以磁通量的 變化率恒定不變,C項正確。,主題二電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力 【互動探究】 如圖,金屬導(dǎo)體棒ab在均勻磁場中運動,請?zhí)骄恳韵聠栴}:,(1)導(dǎo)體中的自由電子受到什么力的作用? 提示:導(dǎo)體在磁場中做切

11、割磁感線運動時,導(dǎo)體中的自由電子受洛倫茲力作用。,(2)動生電動勢產(chǎn)生的實質(zhì)是_____________________ _______________。,洛倫茲力(非靜電力)使,電子做定向移動,(3)把圖中的導(dǎo)體棒ab用導(dǎo)線連接起來構(gòu)成閉合回路,請從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度推導(dǎo)動生電動勢的表達(dá)式。,提示:導(dǎo)體棒ab在磁場中向右做勻速運動時,導(dǎo)體棒中的電子由于受到洛倫茲力的作用在豎直方向上定向移動,假定形成的電流大小為I,則安培力F安=BIl,方向水平向左。為了使導(dǎo)體棒保持勻速運動,作用在導(dǎo)體棒上的外力大小F等于安培力F安,即F=F安=BIl。外力做功的功率P=Fv=BIlv,設(shè)感應(yīng)電動勢為E,閉

12、合電路中的電功率P總=EI,由于導(dǎo)體棒勻速運動,根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律知P總=P,即BIlv=EI,所以動生電動勢E=Blv。,【探究總結(jié)】 1.感生電動勢和動生電動勢的區(qū)別:,2.用功和能的觀點解決電磁感應(yīng)問題: (1)在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,分析清楚電磁感應(yīng)過程中能量轉(zhuǎn)化關(guān)系,往往是解決電磁感應(yīng)問題的關(guān)鍵。,(2)基本思路:受力分析弄清哪些力做功(正功還是負(fù)功)明確有哪些形式的能量參與轉(zhuǎn)化(哪些增哪些減)由動能定理或能量守恒定律列方程求解;其能量轉(zhuǎn)化特點:,【典例示范】 (多選)(2018溫州高二檢測)如圖所示, 平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ,它們的電阻可以 忽略不計。在M和P之間接有阻值為R=3.

13、0的定值電阻, 導(dǎo)體棒ab長l=0.5m。其電阻不計,且與導(dǎo)軌接觸良好, 整個裝置處于方向豎直向上的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度 B=0.4T。現(xiàn)使ab以v=10m/s的速度向右做勻速運動。 以下判斷正確的是(),A.導(dǎo)體棒ab中的感應(yīng)電動勢E=2.0V B.電路中的電流I=0.5A C.導(dǎo)體棒ab所受安培力方向向右 D.拉力做功的功率為 W,【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下三點: (1)由E=Blv求出感應(yīng)電動勢,由歐姆定律可以求出感應(yīng)電流。 (2)由右手定則判斷出感應(yīng)電流方向,然后由左手定則判斷出安培力方向。 (3)由安培力公式求出安培力,由平衡條件求出拉力,然后由P=Fv求出拉力的功率。,【解析

14、】選A、D。感應(yīng)電動勢:E=Blv=0.40.510V =2V,故A正確;電路電流:I= 故B錯誤;由右 手定則可知,感應(yīng)電流由b流向a,由左手定則可知,安培 力水平向左,故C錯誤;ab受到的安培力:F安=BIl=0.4 0.5N= N,ab勻速運動,由平衡條件可得:F=F安= N,拉力的功率:P=Fv= 10W= W,故D正確。,【探究訓(xùn)練】 (2018漢中高二檢測)如圖,兩光滑平行金 屬導(dǎo)軌間距為l,直導(dǎo)線MN垂直跨在導(dǎo)軌上, 且與導(dǎo)軌接觸良好,整個裝置處在垂直于紙面向里的勻 強磁場中,磁感應(yīng)強度為B。電容器的電容為C,除電阻R 外,導(dǎo)軌和導(dǎo)線的電阻均不計?，F(xiàn)給導(dǎo)線MN一初速度, 使

15、導(dǎo)線MN向右運動,當(dāng)電路穩(wěn)定后,MN以速度v向右做勻 速運動時(),A.電容器兩端的電壓為零 B.電阻兩端的電壓為Blv C.電容器所帶電荷量為CBlv D.為保持MN勻速運動,需對其施加的拉力大小為,【解析】選C。當(dāng)導(dǎo)線MN勻速向右運動時,導(dǎo)線MN產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢恒定,穩(wěn)定后,電容器既不充電也不放電,無電流產(chǎn)生,故電阻兩端無電壓,電容器兩極板間電壓U=E=Blv,所帶電荷量Q=CU=CBlv,故A、B錯,C對;MN勻速運動時,因無電流而不受安培力,故拉力為零,故D錯。,【補償訓(xùn)練】1.(多選)如圖所示,金屬桿ab以恒定的速率v在光滑平行導(dǎo)軌上向右滑行,設(shè)整個電路中總電阻為R(恒定不變),整個

16、裝置置于垂直紙面向里的勻強磁場中,下列敘述中正確的是(),A.ab桿中的電流與速率v成正比B.磁場作用于ab桿的安培力與速率v成正比C.電阻R上產(chǎn)生的熱功率與速率v的二次方成正比D.外力對ab桿做功的功率與速率v成正比,【解析】選A、B、C。由E=Blv和I= 得I= ,所以 安培力F=BIl= ,電阻上產(chǎn)生的熱功率P=I2R= 外力對ab做功的功率就等于回路產(chǎn)生的熱功 率。故A、B、C正確。,2.如圖所示,xOy坐標(biāo)系第一象限有垂直 紙面向外的勻強磁場,第三象限有垂直 紙面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小 均為B,第二、四象限內(nèi)沒有磁場。一個圍成四分之一 圓弧形的導(dǎo)體環(huán)Oab,其圓心在原點

17、O,開始時導(dǎo)體環(huán)在 第四象限,從t=0時刻起繞O點在xOy坐標(biāo)平面內(nèi)逆時針,勻速轉(zhuǎn)動。若以逆時針方向的電流為正,下列表示環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流i隨時間t變化的圖象中,正確的是(),【解析】選D。在0 內(nèi),Oa切割磁感線運動,根據(jù)右 手定則判斷可知,線框中感應(yīng)電流的方向為順時針方向, 為負(fù)值; 內(nèi),Ob切割磁感線運動,根據(jù)右手定則 判斷可知,線框中感應(yīng)電流的方向為逆時針方向,為正 值; 內(nèi),Oa切割磁感線運動,根據(jù)右手定則判斷 可知,線框中感應(yīng)電流的方向為逆時針方向,為正值; T內(nèi),Ob切割磁感線運動,根據(jù)右手定則判斷可知,,線框中感應(yīng)電流的方向為順時針方向,為負(fù)值。無論哪 個半徑切割磁感線,所

18、產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小都相同, 設(shè)角速度為,由感應(yīng)電動勢公式E= BL2和歐姆定 律可知感應(yīng)電流的大小是不發(fā)生變化的,由此可得知 A、B、C錯誤,D正確。,3.如圖所示,金屬框架MON平面與勻強磁場B垂直,導(dǎo)體ab能緊貼金屬框架運動,且始終與導(dǎo)軌ON垂直。當(dāng)導(dǎo)體ab從O點開始勻速向右平動時,速度為v0,試求bOc回路中某時刻的感應(yīng)電動勢隨時間變化的函數(shù)關(guān)系式。,【解析】設(shè)導(dǎo)體ab從O點出發(fā)時開始計時,經(jīng)過時間t后, 導(dǎo)體ab勻速運動的距離為s,則有s=v0t。在bOc中,由 tan30= 有 =v0ttan30,則導(dǎo)體ab接入回路 的bc部分切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為 在回路bOc中,回路總感應(yīng)電動勢,具體由導(dǎo)體bc部分產(chǎn)生,因此,回路內(nèi)總的感應(yīng)電動勢 為E總=E= 答案:E總=,【通法悟道】與動生電動勢有關(guān)的電磁感應(yīng)問題 (1)動生電動勢的大小E=Blv,E= Bl2。 (2)用右手定則判斷動生電動勢的方向。 (3)電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功。,【課堂小結(jié)】,